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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-07-29
(45)【発行日】2022-08-08
(54)【発明の名称】放射線撮像装置
(51)【国際特許分類】
A61B 6/03 20060101AFI20220801BHJP
G01T 1/24 20060101ALI20220801BHJP
G01T 1/17 20060101ALI20220801BHJP
G01T 7/00 20060101ALI20220801BHJP
【ＦＩ】
A61B6/03 321B
A61B6/03 373
A61B6/03 330Z
A61B6/03 320R
G01T1/24
G01T1/17 G
G01T7/00 Z
【請求項の数】
11
(21)【出願番号】P 2019002517
(22)【出願日】2019-01-10
(65)【公開番号】P2020110287
(43)【公開日】2020-07-27
【審査請求日】2021-06-18
(73)【特許権者】
【識別番号】320011683
【氏名又は名称】富士フイルムヘルスケア株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000350
【氏名又は名称】ポレール弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】小野内 雅文
(72)【発明者】
【氏名】石津 崇章
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 史人
【審査官】宮川 数正
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１８－１４３５７５（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１２／０１４２５１（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２０１９－０１８０２１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０６７６３４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０５７５９６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ａ６１Ｂ ６／００－６／１４
Ｇ０１Ｔ １／００－７／１２
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、前記光子計数率と前記計数回路の発熱量との関係を示すテーブルに基づいて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記テーブルは、被写体の有無に応じて予め作成されることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項2】
請求項１に記載の放射線撮像装置であって、前記テーブルは、前記被写体の組成に応じて予め作成されることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項3】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、前記光子計数率と前記計数回路の発熱量との関係を示すテーブルに基づいて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記テーブルは、前記光子計数率が比較的低い範囲では他の範囲に比べて、前記光子計数率及び前記発熱量の刻み幅が細かいことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項4】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、前記光子計数率と前記計数回路の発熱量との関係を示すテーブルに基づいて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記テーブルは、前記光子計数率が比較的高い範囲では他の範囲に比べて、前記光子計数率及び前記発熱量の刻み幅が細かいことを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項5】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は前記光子計数率に応じて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記冷却部は、前記光子計数率が変化した直後には前記冷却量をオーバーシュートさせ、オーバーシュートさせた後には前記冷却量を所定の値に漸近させることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項6】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は前記光子計数率に応じて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記計数回路は、前記放射線を複数のエネルギーレベルに弁別してエネルギーレベル毎に前記光子計数率を出力し、
前記冷却部は、あるエネルギーレベルの光子計数率である第一光子計数率から他のエネルギーレベルの光子計数率である第二光子計数率を推定し、第一光子計数率と第二光子計数率とに基づいて前記冷却量を制御することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項7】
請求項６に記載の放射線撮像装置であって、前記第二光子計数率は、前記計数回路が計数できないエネルギーレベルの光子計数率であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項8】
請求項６に記載の放射線撮像装置であって、前記冷却部は、本撮影に先立って取得されるスキャノグラムから被写体の組成を求め、求められた組成に基づいて推定されるエネルギースペクトルを用いて前記第二光子計数率を推定することを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項9】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、複数の計数回路に対して一つが配置され、前記複数の計数回路が出力する各光子計数率から算出される基準値に基づいて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記基準値は、前記複数の計数回路が出力する各光子計数率の最大値と最小値との中心値であることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項10】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、複数の計数回路に対して一つが配置され、前記複数の計数回路が出力する各光子計数率から算出される基準値に基づいて前記放射線検出器の冷却量を制御し、
前記複数の計数回路が出力する各光子計数率と前記基準値との差異に基づいて、前記複数の計数回路の間の回路特性の変化量を補正する信号処理部をさらに備えることを特徴とする放射線撮像装置。
【請求項11】
放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、
前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、
前記冷却部は、前記光子計数率に応じて前記計数回路の一部を冷却するための冷却量を制御し、被写体の大きさまたは配置に応じて、冷却量が制御される前記計数回路の範囲を切り替えることを特徴とする放射線撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は入射線量に応じて発熱量が増加する放射線検出器を搭載した放射線撮像装置に係り、放射線検出器の性能変化を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【0002】
ＣＴ（Ｃｏｍｐｕｔｅｄ Ｔｏｍｏｇｒａｐｈｙ）装置に代表される放射線撮像装置では、被写体を透過する放射線が放射線検出器により計測される。放射線検出器には、光子計数型や電荷積分型があり、いずれの放射線検出器も放射線を電気信号に変換する検出素子と、検出素子に接続される電子回路を備える。電子回路は、放射線が検出素子に入射することによって稼働して発熱する。例えば光子計数型の放射線検出器が備える光子計数部と検出素子は検出素子への入射線量に応じて発熱量が増加する。これら発熱量のうち、光子計数部の電子回路の発熱量が特に大きい。電子回路の発熱は放射線検出器の温度変動をもたらし、温度変動は検出精度に影響を与え、放射線撮像装置で取得される画像の画質を低下させる。
【0003】
特許文献１には、放射線検出器の温度分布を均一にするために、背面に離散的に配置された吸熱／発熱素子を放射線検出器の温度測定の結果に基づいて制御することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００２－３４１０４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら特許文献１では、放射線検出器の温度測定の結果に基づいて吸熱／発熱素子を制御しているので、温度変動が検知された時点で既に、放射線検出器が発熱の影響を受けている場合がある。すなわち発熱源である電子回路から温度測定点まで伝熱した結果に基づくフィードバック制御であるため、放射線検出器に入射する線量が急激に変化した場合に吸熱／発熱素子の制御に時遅れが生じ、取得される画像の画質が低下するときがある。
【0006】
そこで、本発明は、放射線検出器に入射する線量が急激に変化した場合であっても取得される画像の画質を維持可能な放射線撮像装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するために本発明は、放射線源と、前記放射線源から放射された放射線を検出する放射線検出器と、前記放射線検出器を冷却する冷却部を備えた放射線撮像装置であって、前記放射線検出器は、単位時間当たりに計数される放射線の光子数を光子計数率として出力する計数回路を有し、前記冷却部は前記光子計数率に応じて前記放射線検出器の冷却量を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明によれば、放射線検出器に入射する線量が急激に変化した場合であっても取得される画像の画質を維持可能な放射線撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【図1】本発明が適用されるＸ線ＣＴ装置の全体構成を示す図である。
【図2】計数回路、光子計数部の構成を示す図である。
【図3】光子計数部の動作と温度の関係について説明する図である。
【図4】光子のエネルギースペクトルと光子計数部の発熱量の関係を被写体が無い場合について説明する図である。
【図5】光子のエネルギースペクトルと光子計数部の発熱量の関係を被写体が有る場合について説明する図である。
【図6】光子計数部のトランジスタ接合部温度と回路特性の変化量の関係を示す図である。
【図7】光子計数率に対する光子計数部の発熱量、冷却量、冷却ファン回転数、トランジスタ接合部温度の関係を示す図である。
【図8】温度変化に基づくフィードバック制御と光子計数率の変化に基づくフィードフォワード制御を比較する図である。
【図9】第一実施形態に係る冷却量制御の処理の流れを示す図である。
【図10】第一実施形態に係る冷却量制御に用いられるテーブルの一例を示す図である。
【図11】光子計数率の変動に応じて制御される冷却量について説明する図である。
【図12】Ｘ線検出器内の空気の温度変化に応じて制御される冷却量について説明する図である。
【図13】第一実施形態に係る検出素子を冷却する冷却ファンと冷却ファン制御部の構成を示す図である。
【図14】第一実施形態に係る冷却量制御の有無を被写体が無い場合について比較する図である。
【図15】第一実施形態に係る冷却量制御の有無を被写体が有る場合について比較する図である。
【図16】検出素子間の温度差による回路特性の変化量の影響を軽減する補正処理について説明する図である。
【図18】第二実施形態に係るＸ線ＣＴ装置を説明する図である。
【図19】第三実施形態について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。なお本発明の放射線撮像装置は、放射線源と、入射線量に応じて発熱量が増加する放射線検出器と、を備える装置に適用される。以降の説明では、放射線がＸ線、放射線検出器が光子計数型のＸ線検出器であり、放射線撮像装置がＸ線ＣＴ装置である例について述べる。
【0011】
＜第一実施形態＞
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、Ｘ線を照射するＸ線源１と、Ｘ線を検出する複数の検出素子を二次元配列したＸ線検出器２と、検出素子による検出信号に対し補正等の処理を行うとともに装置の制御を行う信号処理部３と、補正後の信号を用いて被写体７の画像を生成する画像生成部４とを備える。Ｘ線源１とＸ線検出器２は対向した位置で回転板５に固定され、寝台６に横たわる被写体７の周りを、被写体７に対して相対的に回転するように構成される。なおＸ線源１、Ｘ線検出器２及び回転板５を含めスキャナともいう。
本実施形態のＸ線ＣＴ装置は、図１に示すように、Ｘ線を照射するＸ線源１と、Ｘ線を検出する複数の検出素子を二次元配列したＸ線検出器２と、検出素子による検出信号に対し補正等の処理を行うとともに装置の制御を行う信号処理部３と、補正後の信号を用いて被写体７の画像を生成する画像生成部４とを備える。Ｘ線源１とＸ線検出器２は対向した位置で回転板５に固定され、寝台６に横たわる被写体７の周りを、被写体７に対して相対的に回転するように構成される。なおＸ線源１、Ｘ線検出器２及び回転板５を含めスキャナともいう。
【0012】
Ｘ線検出器２を構成する検出素子２０は、光子計数型検出器であり、入射したＸ線を光子に相当する電荷として出力する半導体層２１と、半導体層２１が出力する電荷を計数し、計数信号を出力する計数回路２２と、を備える。半導体層２１は、例えばテルル化亜鉛カドミウム（ＣＺＴ）やテルル化カドミウム（ＣｄＴｅ)等で構成される。
【0013】
対向配置されたＸ線源１とＸ線検出器２が被写体７の周りを回転する間に、Ｘ線源１からのＸ線の照射と、被写体７を透過したＸ線のＸ線検出器２での検出とが繰り返される。Ｘ線検出器２の計数回路２２が出力した計数信号は、信号処理部３において補正等の処理を施された後、画像生成部４に送信され、画像生成部４によって被写体７の断層画像（ＣＴ像）が生成される。
【0014】
なお被写体７を透過するＸ線の線量すなわち計数回路２２によって計数される光子数は、Ｘ線検出器２の位置や回転板５の回転角度によって異なる。計数回路２２は半導体層２１へのＸ線の入射に応じて発熱し、発熱による温度変動の影響を受けるので冷却する必要がある。そこで本実施形態では、Ｘ線検出器２を冷却する冷却部として冷却ファン８と冷却ファン制御部９が備えられる。冷却ファン８は複数備えられ、各冷却ファン８は複数の検出素子２０を空冷するための風を生じさせる。冷却ファン制御部９は各冷却ファン８の風量を制御する。計数回路２２の発熱量は、単位時間当たりに計数される光子数である光子計数率に応じて増加するので、冷却ファン制御部９は光子計数率に基づいて冷却ファン８の風量を調整する。冷却ファン８の風量調整による冷却量の制御によって、半導体層２１及び計数回路２２の動作温度が略一定に保たれる。
【0015】
図２を用いて計数回路２２の構成について説明する。計数回路２２は、多数の回路素子を集積回路（ＬＳＩ）として形成したものであり、図２（ａ）で示すように、複数の光子計数部３０と、複数の光子計数部３０の計数結果を集約して出力する出力部３１とを有する。図２（ａ）の例では光子計数部３０と画素数はいずれも４×４個が配置されており、半導体層２１へ入射した光子が光子計数部３０毎に、即ち画素毎に計数される。計数された光子数は、信号処理部３等の上位装置から通知される所定のタイミング毎に、出力部３１に通知される。なお、信号処理部３等へ計数結果を出力するときに光子計数部３０毎に集約される信号を図２（ａ）ではそれぞれＣＯＵＴで示す。
【0016】
図２（ｂ）を用いて光子計数部３０の構成について説明する。光子計数部３０への入力ピンは、電流入力ピンＰＩＮ、閾値電圧ＶＴＨ１、ＶＴＨ２ 、…であり、光子計数部３０からの出力ピンは、カウント値出力ピンＣＯＵＴ１、ＣＯＵＴ２、…である。閾値電圧は、Ｘ線のエネルギーの閾値に相当し、複数のエネルギーレベルのＸ線を弁別して検出するように構成され、例えばＶＴＨ１＜ＶＴＨ２＜ＶＴＨ３…の関係である。
【0017】
光子計数部３０は、チャージアンプ（ＣＳＡ）３２、バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）３３、電圧比較器（ＣＭＰ）３４、３６、…、カウンタ（ＣＮＴ）３５、３７、…といった回路素子を有する。電圧比較器３４、３６、…、カウンタ３５、３７…は、弁別されるエネルギーレベルの数と同数が設けられ、電圧比較器毎に異なる閾値電圧が入力される。またチャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３において生じる１パルス分の発熱量をＰ３０、電圧比較器３４とカウンタ３５において生じる１パルス分の発熱量をＰ３１とする。なお電圧比較器３６とカウンタ３７の回路構成が電圧比較器３４とカウンタ３５と同一である場合には、電圧比較器３６とカウンタ３７において生じる１パルス分の発熱量もＰ３１となる。１パルス分の発熱量Ｐ３０、Ｐ３１の値は、計数回路２２の回路シミュレーションや製造後のテストにより取得される。
【0018】
光子計数部３０の動作について説明する。電流入力ピンＰＩＮから入力される電流パルスは、チャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３によって電圧パルスとして整形され、電圧比較器３４等へ出力される。電圧比較器３４等では整形された電圧パルス信号の波高値が閾値ＶＴＨ１等と比較され、閾値ＶＴＨ１等を上回った回数がカウンタ３５等によってカウントされてＣＯＵＴ１等として出力される。光子計数部３０によって、例えば閾値ＶＴＨ１と閾値ＶＴＨ２の間に相当するエネルギーレベルのパルス数を求めるには、ＣＯＵＴ１からＣＯＵＴ２を減ずれば良い。この減算は、光子計数部３０で実施しても良いし、出力部３１で実施しても良い。光子計数部３０の各カウンタからの出力であるＣＯＵＴ１、ＣＯＵＴ２、…は出力部３１へ通知される。
【0019】
光子計数部３０は、このような動作をするので、チャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３が動作する回数は、Ｘ線検出中に発生する電流パルスの数と等しい。また、電圧比較器３４等とカウンタ３５等が動作する回数は、バンドパスフィルタ３３から出力される電圧パルスの波高値が閾値電圧ＶＴＨ１等を上回った回数と等しい。つまり光子計数部３０が有する各回路素子が動作する回数は、光子計数部３０に入力される電流パルスの数と、電圧パルスの波高値によって決定される。
【0020】
図３を用いて光子計数部３０の動作と温度の関係について説明する。図３（ａ）に光子計数部３０のＰＩＮに入力される電流パルスと、バンドパスフィルタ３３の出力である電圧パルス、カウンタ３５の出力を示す。ＰＩＮに入力される電流パルスはチャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３によって整形され、整形後の電圧パルスの波高値が閾値ＶＴＨ０を超えたときにカウンタ３５がインクリメントされる。例えば、時刻ｔ３１、ｔ３３に入力された電流パルスは、整形後の電圧パルスの波高値が閾値ＶＴＨ０を越えるため、カウンタ３５は時刻ｔ３２、ｔ３４においてインクリメントされる。一方、時刻ｔ３５に入力された電流パルスは整形後の電圧パルスの波高値が閾値ＶＴＨ０を越えないため、カウンタ３５はインクリメントされない。
【0021】
また電流パルスがＰＩＮに入力されてから整形後の電圧パルスがカウントされるまでの期間τでは、次の電流パルスがカウントできないので、τは不感時間と呼ばれ、光子計数部３０の光子計数率の上限は１／τと規定される。例えば、τ＝１００ｎｓｅｃであれば、光子計数率の上限は１０Ｍｃｐｓとなる。不感時間τを持つ光子計数部３０では、電流パルスの数え落としが生じるので、単位時間当たりに入射する光子数である入射光子率ＲＩＮと不感時間τにより、光子計数部３０が出力する光子計数率ＲＯＵＴは例えば次式により表される。
【0022】
ＲＯＵＴ＝ＲＩＮ／（１＋τＲＩＮ） …（式１）
ところで、光子計数部３０が有するチャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３は温度によって値が変化する容量Ｃと抵抗Ｒを備えるため、バンドパスフィルタ３３から出力される電圧パルスの形状は温度によって変化する。図３（ｂ）に温度によって形状が変化する電圧パルスの例として、異なる温度Ｔ１、Ｔ２のときの電圧パルスを示す。温度Ｔ１のときの電圧パルスは温度Ｔ２のときに比べて波高値が高く、閾値ＶＴＨ０も温度によって変化するので、ＰＩＮに入力される電流パルスが同一であっても、光子計数部３０でカウントされる場合とされない場合が生じる。
ところで、光子計数部３０が有するチャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３は温度によって値が変化する容量Ｃと抵抗Ｒを備えるため、バンドパスフィルタ３３から出力される電圧パルスの形状は温度によって変化する。図３（ｂ）に温度によって形状が変化する電圧パルスの例として、異なる温度Ｔ１、Ｔ２のときの電圧パルスを示す。温度Ｔ１のときの電圧パルスは温度Ｔ２のときに比べて波高値が高く、閾値ＶＴＨ０も温度によって変化するので、ＰＩＮに入力される電流パルスが同一であっても、光子計数部３０でカウントされる場合とされない場合が生じる。
【0023】
また図３（ｂ）に示すように電圧パルスのパルス幅も温度によって変化する上に、電圧比較器３４等とカウンタ３５の応答速度も温度依存性を持つので、不感時間τも温度によって変化し、（式１）に基づいて光子計数率ＲＯＵＴから入射光子率ＲＩＮを算出する際に誤差が生じる。図３（ｃ）にＲＯＵＴとＲＩＮの関係が温度によって変化する例を示す。なお温度Ｔ３のときの不感時間をτＴ３、温度Ｔ４のときの不感時間をτＴ４とし、τＴ３＜τＴ４とする。温度の変化により不感時間が変化すると、ＲＯＵＴとＲＩＮの関係も変化するので、ある光子計数率ＲＯＵＴＡに対して温度Ｔ３のときに算出される入射光子率ＲＩＮ（Ｔ３）と温度Ｔ４のときに算出される入射光子率ＲＩＮ（Ｔ４）との間に誤差が生じる。
【0024】
以上、述べたように、光子計数部３０の温度が変化すると、電圧パルスの波高値とパルス幅に係る計測誤差が生じるので、光子計数部３０の動作温度を一定に維持することは重要である。
【0025】
図４を用いて光子のエネルギースペクトルと光子計数部３０の発熱量の関係について説明する。図４（ａ）は、タングステン製のターゲット材料を有するＸ線管から放出されるＸ線が被写体７を透過せずにＸ線検出器２に直接入射するときのエネルギースペクトルを表す模式図である。光子計数型のＸ線検出器２では、光子エネルギーレベル毎に光子が計数される。ここでは光子エネルギーレベル間の閾値を小さいほうから順にＥ４１、Ｅ４２、Ｅ４３、Ｅ４４、Ｅ４５とし、光子エネルギーレベル毎の光子数を順にＳ４０、Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４とする。光子計数部３０には、各閾値に対応する閾値電圧ＶＴＨが印加される。例えば、ＶＴＨ１はエネルギーＥ４１を有する光子が生成するパルスの電圧値と等しく設定され、ＶＴＨ２はエネルギーＥ４２を有する光子が生成するパルスの電圧値と等しく設定される。計測条件の一例をより詳しく述べると、例えば、Ｘ線管電圧１２０ｋＶ時に、Ｅ４１＝２０ｋｅＶ、Ｅ４２＝４５ｋｅＶ、Ｅ４３＝７０ｋｅＶ、Ｅ４４＝９５ｋｅＶ、Ｅ４５＝１２０ｋｅＶである。
【0026】
図４（ｂ）に、図４（ａ）のエネルギースペクトルを有する光子を光子計数部３０が計数するときの光子計数率Ｒと発熱量Ｐの関係を示す。チャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３は全光子数に対して動作するので、１パルス分の発熱量Ｐ３０に全光子数を乗じたＰ３０×（Ｓ４０＋Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）がチャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３の発熱量となる。なお、光子数Ｓ４０は検出下限エネルギーＥ４１以下でありカウントできないが、Ｓ４０は十分に小さいので省くこととし、チャージアンプ３２とバンドパスフィルタ３３の発熱量をＰ３０×（Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）と近似する。
【0027】
電圧比較器３４とカウンタ３５はエネルギーＥ４１以上の光子に対して動作するので、１パルス分の発熱量Ｐ３１にＥ４１以上の光子数を乗じたＰ３１×（Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）が電圧比較器３４とカウンタ３５の発熱量となる。同様に、電圧比較器３６とカウンタ３７はエネルギーＥ４２以上の光子に対して動作するので、Ｐ３１×（Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）が発熱量となる。エネルギーＥ４３以上の光子に対して動作する電圧比較器とカウンタの発熱量も同様であるので、光子計数部３０における全発熱量Ｐは次式により求められる。
【0028】
Ｐ＝Ｐ３０×（Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４４） …（式２）
光子のエネルギースペクトルの形状が略一定の場合、例えばＸ線管電圧が一定である場合、光子数Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４のそれぞれが光子計数率Ｒに比例する。従って図４（ｂ）に示すように、（式２）の各項は光子計数率Ｒに比例し、各項の和である光子計数部３０の全発熱量Ｐも光子計数率Ｒに比例する。なお各回路素子において生じる１パルス分の発熱量Ｐ３０、Ｐ３１はシミュレーションや実測等によって取得され、光子エネルギーレベル毎の光子数Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４は光子計数部３０によって計数される。従って、Ｐ３０、Ｐ３１やＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４を用いることで、光子計数部３０の全発熱量Ｐを推定できる。また（式２）に対して、半導体層２１での発熱量をさらに加算して全発熱量Ｐを推定しても良い。半導体層２１での発熱量を加算することにより推定精度をさらに向上できる。
＋Ｐ３１×（Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４３＋Ｓ４４）
＋Ｐ３１×（Ｓ４４） …（式２）
光子のエネルギースペクトルの形状が略一定の場合、例えばＸ線管電圧が一定である場合、光子数Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４のそれぞれが光子計数率Ｒに比例する。従って図４（ｂ）に示すように、（式２）の各項は光子計数率Ｒに比例し、各項の和である光子計数部３０の全発熱量Ｐも光子計数率Ｒに比例する。なお各回路素子において生じる１パルス分の発熱量Ｐ３０、Ｐ３１はシミュレーションや実測等によって取得され、光子エネルギーレベル毎の光子数Ｓ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４は光子計数部３０によって計数される。従って、Ｐ３０、Ｐ３１やＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４を用いることで、光子計数部３０の全発熱量Ｐを推定できる。また（式２）に対して、半導体層２１での発熱量をさらに加算して全発熱量Ｐを推定しても良い。半導体層２１での発熱量を加算することにより推定精度をさらに向上できる。
【0029】
なお光子のエネルギースペクトルの形状が略一定の場合には、光子エネルギーレベル毎の光子数の比も一定であるので、ある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定できることを利用しても良い。例えば検出下限エネルギーＥ４１以下の光子数Ｓ４０を光子数Ｓ４１から推定し、(式２)の第１項をＰ３０×（Ｓ４０＋Ｓ４１＋Ｓ４２＋Ｓ４３＋Ｓ４４）と変更して全発熱量Ｐを計算しても良い。光子数Ｓ４０を推定することにより、全発熱量Ｐの算出精度を向上できる。
【0030】
またある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定できることを利用して、全発熱量Ｐの算出に要する演算量を抑制しても良い。例えば、予め求められるＳ４１、Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４の比からエネルギーレベルＥ４４以上の光子数Ｓ４４を推定し、推定されたＳ４４を用いて（式２）の第４項であるＰ３１×Ｓ４４を算出しても良い。同様に、エネルギーレベルＥ４３以上の光子数（Ｓ４３＋Ｓ４４）を推定し、（式２）の第３項であるＰ３１×（Ｓ４３＋Ｓ４４）の算出に用いても良い。予め求められる光子数の比から推定される値を用いることにより、全発熱量Ｐの算出時の乗算回数を低減できる。
【0031】
なお、推定されるエネルギーレベル数に応じて低減される演算量と、算出される全発熱量Ｐに含まれる誤差とは、トレードオフの関係がある。そこで、推定されるエネルギーレベル数は、適用される装置の仕様に応じて適宜されることが好ましい。
【0032】
図５を用いて、Ｘ線が被写体７を透過するときの光子のエネルギースペクトルと光子計数部３０の発熱量の関係について説明する。図５（ａ）はエネルギースペクトルの例であり、図５（ｂ）は光子計数部３０の光子計数率Ｒと発熱量Ｐの関係を示す図である。光子エネルギーレベル間の閾値は小さいほうから順にＥ５１、Ｅ５２、Ｅ５３、Ｅ５４、Ｅ５５であり、光子エネルギーレベル毎の光子数は順にＳ５０、Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４である。光子計数部３０に各閾値に対応する閾値電圧ＶＴＨが印加されることは図４と同様である。またＸ線管電圧１２０ｋＶ時に、Ｅ５１＝２０ｋｅＶ、Ｅ５２＝４５ｋｅＶ、Ｅ５３＝７０ｋｅＶ、Ｅ５４＝９５ｋｅＶ、Ｅ５５＝１２０ｋｅＶであることも被写体７が無い場合と同様である。Ｘ線が被写体７を通過する場合も、（式２）と同様に、光子計数部３０における全発熱量Ｐは次式により求められる。
【0033】
Ｐ＝Ｐ３０×（Ｓ５１＋Ｓ５２＋Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５１＋Ｓ５２＋Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５２＋Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５４） …（式３）
被写体が無い場合と同様に、光子のエネルギースペクトルの形状が略一定の場合、光子数Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４のそれぞれが光子計数率Ｒに比例するので、光子計数部３０の全発熱量Ｐも光子計数率Ｒに比例する。そして、Ｐ３０、Ｐ３１やＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４はそれぞれ取得可能であるので、光子計数部３０の全発熱量Ｐを（式３）により推定できる。またある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定した結果を利用できることも被写体が無い場合と同様である。なお、被写体有りの場合のエネルギースペクトルは、被写体を模擬したファントムを予め撮影することにより取得される。
＋Ｐ３１×（Ｓ５１＋Ｓ５２＋Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５２＋Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５３＋Ｓ５４）
＋Ｐ３１×（Ｓ５４） …（式３）
被写体が無い場合と同様に、光子のエネルギースペクトルの形状が略一定の場合、光子数Ｓ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４のそれぞれが光子計数率Ｒに比例するので、光子計数部３０の全発熱量Ｐも光子計数率Ｒに比例する。そして、Ｐ３０、Ｐ３１やＳ５１、Ｓ５２、Ｓ５３、Ｓ５４はそれぞれ取得可能であるので、光子計数部３０の全発熱量Ｐを（式３）により推定できる。またある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定した結果を利用できることも被写体が無い場合と同様である。なお、被写体有りの場合のエネルギースペクトルは、被写体を模擬したファントムを予め撮影することにより取得される。
【0034】
図６を用いて、光子計数部３０の温度変動が回路特性に与える影響について説明する。なお回路特性とは、例えば図３で説明した電圧パルスの波高値とパルス幅、不感時間τに係る計測誤差等である。光子計数部３０に一般的に用いられるトランジスタはＰ－Ｎジャンクションと呼ばれる接合部の温度によって寄生抵抗やリーク電流等が変化する。またトランジスタの反転層の温度によって移動度が変化する。さらに導体と絶縁体等によって構成される容量の値も周辺温度によって変化する。接合部、反転層、容量は近接していて各部は互いに密に熱結合しているので、以降では各部の温度をトランジスタ接合部温度ＴＪとして表す。そこで図６では、縦軸を回路特性の変化量ΔＳ、横軸を光子計数部３０のトランジスタ接合部温度ＴＪとする。また回路特性の変化量ΔＳが所望の範囲ΔＳ６１～ΔＳ６２となるトランジスタ接合部温度の範囲をＴ６１～Ｔ６２とし、Ｔ６１～Ｔ６２の中心温度をＴＣＥＮ、トランジスタが熱暴走する温度をＴ６３、Ｔ６３のときのΔＳをΔＳ６３とする。図６に示すように、ＴＪがＴ６１～Ｔ６２の範囲である目標温度制御範囲にあるときにはΔＳは線形に変化しΔＳ６１～ΔＳ６２の幅が小さいのに対し、Ｔ６２を超える範囲ではΔＳが非線形に変化しΔＳ６２～ΔＳ６３の幅が大きい。
【0035】
Ｘ線ＣＴ装置では高精度な計測が要求されるため、計測中の回路特性の変化が画質へ及ぼす影響を抑制する必要がある。例えば、光子計数率が高くなり、トランジスタ接合部温度がＴ６３となった場合の回路特性の変化量ΔＳ６３は許容されない。そこで、光子計数部３０の発熱量に対して適切な冷却量を常時確保することで、回路特性の変化量がΔＳ６１～ΔＳ６２の範囲に収まるように、トランジスタ接合部の温度をＴ６１～Ｔ６２の範囲に保つ必要がある。
【0036】
図７を用いて、トランジスタ接合部の温度を所望の範囲に保つための冷却量制御について説明する。図７（ａ）は光子計数部３０の光子計数率Ｒと発熱量Ｐの関係を示す図であり、図４、５で説明したように光子計数率Ｒと発熱量Ｐは線形関係にある。そこで本実施形態では、図７（ｂ）に示すように光子計数部３０の出力から求められる光子計数率Ｒに対して、光子計数部３０の冷却に要する冷却量Ｗが線形的に制御される。なお冷却ファン８によって空冷する場合には、冷却ファン８の回転数Ｑは冷却量Ｗの１．２乗～２乗に比例するように制御され、冷却量Ｗと光子計数率Ｒは線形関係にあるので、回転数Ｑは光子計数率Ｒの１．２乗～２乗に比例するように制御される。光子計数部３０の冷却量Ｗを発熱量Ｐに対応させるように制御することにより、光子計数率Ｒに応じて上昇するトランジスタ接合部温度ＴＪを図７（ｃ）に示すように略一定に維持できる。
【0037】
図８を用いて、本実施形態の冷却量制御を、従来技術と対比して説明する。図８（ａ）は従来技術のＸ線検出器２の温度変化検知に基づく冷却量のフィードバック制御の例であり、図８（ｂ）は本実施形態の光子計数率変化検知に基づく冷却量のフィードフォワード制御の例である。なお図８（ａ）と図８（ｂ）は横軸が時刻、縦軸が光子計数率Ｒ８、冷却量Ｗ８０、Ｗ８１トランジスタ接合部温度ＴＪ８０、ＴＪ８１である。光子計数率Ｒ８は、人体等を被写体７として撮影した場合を模擬したものであり、図８（ａ）と図８（ｂ）ともに時刻ｔ８０１～ｔ８０２、ｔ８０５～ｔ８０６、ｔ８０９～ｔ８１０において変化する。
【0038】
図８（ａ）では、光子計数率Ｒ８の変化に応じて光子計数部３０の発熱量が変動し、発熱量の変動による温度変化をＸ線検出器２に取り付けられる温度センサが検知することによって冷却量Ｗ８０がフィードバック制御される。そのため、光子計数率Ｒ８が時刻ｔ８０１、ｔ８０５、ｔ８０９で変化し始めても、温度センサの検知に基づく冷却量Ｗ８０のフィードバック制御が開始する時刻ｔ８０３、ｔ８０７、ｔ８１１までに遅延が生じる。結果として、光子計数率Ｒ８に比例して発生する光子計数部３０の発熱量と冷却量Ｗ８０が均衡しない期間ｔ８０１～ｔ８０３、ｔ８０５～ｔ８０７、ｔ８０９～ｔ８１１においてトランジスタ接合部温度ＴＪ８０が大きく変化するので、撮影期間中の温度変動幅ΔＴＪが大きくなる。
【0039】
一方、図８（ｂ）では、光子計数率Ｒ８の変化を光子計数部３０が検知する時刻ｔ８０１、ｔ８０５、ｔ８０９において冷却量Ｗ８１のフィードフォワード制御が直ちに開始される。結果として、光子計数部３０の発熱量と冷却量Ｗ８１の均衡が保たれ、トランジスタ接合部温度ＴＪ８１の変化は小さく、温度変動幅ΔＴＪが抑制される。
【0040】
図９を用いて、本実施形態の冷却量制御の処理の流れを説明する。
【0041】
（Ｓ９０１）
Ｘ線ＣＴ装置での撮影が開始されるに先立ち、信号処理部３からＸ線検出器２に撮影準備が通知されるのにともなって、冷却ファン制御部９は冷却量制御を開始する。
Ｘ線ＣＴ装置での撮影が開始されるに先立ち、信号処理部３からＸ線検出器２に撮影準備が通知されるのにともなって、冷却ファン制御部９は冷却量制御を開始する。
【0042】
（Ｓ９０２）
冷却ファン制御部９は、撮影によって取得される光子計数率から計数回路２２の発熱量Ｐを計算する。
冷却ファン制御部９は、撮影によって取得される光子計数率から計数回路２２の発熱量Ｐを計算する。
【0043】
（Ｓ９０３～Ｓ９０７）
冷却ファン制御部９は、Ｓ９０２で計算された発熱量Ｐに応じて冷却ファン回転数を決定する。図９では、発熱量Ｐを低い順から４段階に分け、各段階で異なる冷却ファン回転数が設定される。なお、発熱量Ｐの分け方は４段階に限られず、適宜増減させて良い。
冷却ファン制御部９は、Ｓ９０２で計算された発熱量Ｐに応じて冷却ファン回転数を決定する。図９では、発熱量Ｐを低い順から４段階に分け、各段階で異なる冷却ファン回転数が設定される。なお、発熱量Ｐの分け方は４段階に限られず、適宜増減させて良い。
【0044】
冷却ファン回転数は、（式２）または（式３）によって求められる発熱量Ｐによる決定に限られず、例えば図１０に示すような光子計数率と発熱量、冷却ファン回転数との関係を示すテーブルを用いて決定されても良い。図１０に示すようなテーブルが用いられることにより、制御の簡易化を図ることができる。なお図１０（ａ）は被写体無しの場合のテーブルであり、図１０（ｂ）は被写体有りの場合のテーブルである。図４、５に示したように、被写体の有無によってエネルギースペクトルが異なるため、被写体の有無に応じたテーブルを備えることが望ましい。発熱量と冷却ファン回転数の関係は、検出素子２０の熱抵抗や冷却ファン８の風量、風量―静圧特性等に応じて変化するのでシミュレーションや実測等により予め求められる。
【0045】
また被写体の組成によってもエネルギースペクトルが変化するため、被写体の組成に応じた複数のテーブルを備えても良い。例えば、被写体が人体である場合には、人体の大部分を占める水を透過した後のエネルギースペクトルに対してテーブルを作成しても良い。また撮影部位や検査種別によっては、骨の主成分であるカルシウムや造影剤の主成分であるヨウ素を追加した場合のテーブルを作成しても良い。
【0046】
図１０に示すようなテーブルの光子計数率の範囲は、Ｘ線源１の出力に基づいて算出される画素毎の入射光子率の最大値によって決定される。また、テーブル中の光子計数率の刻み幅は、冷却量の制御に必要な粒度と同等以下に設定されることが好ましい。例えば、画素毎の入射光子率の最大値が５０Ｍｃｐｓ、必要な粒度を５１段階とすれば、Ｒ１００１＝０Ｍｃｐｓ、Ｒ１００２＝１Ｍｃｐｓ、…、Ｒ１０５１＝５０Ｍｃｐｓとなる。
【0047】
なおＸ線ＣＴ装置では、Ｘ線の減弱率が大きいとき、すなわち光子計数率が低いときの撮影において高精度な計測が要求される。そこで、光子計数率の刻み幅を全範囲において均一にするのではなく、光子計数率が低い範囲においてより細かくしても良い。光子計数率が低い範囲において光子計数率の刻み幅を細かくすることにより、光子計数率が低いときの撮影において高精度な計測が可能となる。例えば、入射光子率の最大値５０Ｍｃｐｓの２０％以下の範囲、すなわち１０Ｍｃｐｓ以下の範囲において、より細かい刻み幅で発熱量と冷却ファン回転数のテーブルを作成する。
【0048】
また光子計数率が高い範囲では、計数回路２２の発熱量が大きく、トランジスタ接合部温度が目標温度制御範囲から逸脱しやすい。そこで、光子計数率が高い範囲において、より細かい刻み幅で発熱量と冷却ファン回転数のテーブルを作成しても良い。
【0049】
（Ｓ９０８）
冷却ファン制御部９は、信号処理部３からの通知に基づいて、撮影終了か否かを判定する。撮影終了でなければＳ９０２に処理が戻り、撮影終了であれば処理の流れは終了となる。
冷却ファン制御部９は、信号処理部３からの通知に基づいて、撮影終了か否かを判定する。撮影終了でなければＳ９０２に処理が戻り、撮影終了であれば処理の流れは終了となる。
【0050】
以上説明した処理の流れにより、光子計数部３０の光子計数率に応じて冷却量が制御されるので、Ｘ線検出器２に入射する線量が変化したときでも、トランジスタ接合部の温度変動幅を抑制できる。
【0051】
図１１を用いて、Ｘ線検出器２に入射する線量が急激に変化した場合であってもトランジスタ接合部の温度変動幅を抑制する制御について説明する。図１１（ａ）に、発熱量Ｐを有する計数回路２２を備える検出素子２０の表面である冷却面を温度ＴＡの流体により冷却する様子を示す。図１１（ｂ）に示すように、光子計数率Ｒに比例する発熱量Ｐが時刻ｔ１１１でＰ１１１からＰ１１２へ増加したとき、時刻ｔ１１１の前後で流体による冷却量に変化がなければ、冷却面の温度ＴＣの経時変化は次式で表現でき、図１１（ｃ）に示すグラフとなる。
【0052】
ＴＣ（ｔ）＝Ｔ１１２－（Ｔ１１２－Ｔ１１１）・ｅｘｐ｛－（ｔ－ｔ１１１）／時定数｝
（ｔ≧ｔ１１１） …（式４）
ここで、Ｔ１１１は時刻ｔ１１１以前の温度、Ｔ１１２は時刻ｔ１１１から十分に時間が経過したときの温度、時定数は検出素子２０の熱伝導率等によって決まる。
（ｔ≧ｔ１１１） …（式４）
ここで、Ｔ１１１は時刻ｔ１１１以前の温度、Ｔ１１２は時刻ｔ１１１から十分に時間が経過したときの温度、時定数は検出素子２０の熱伝導率等によって決まる。
【0053】
図１１（ｃ）に示されるような冷却面の温度ＴＣ並びにトランジスタ接合部の温度変動幅を抑制するには、計数回路２２の発熱量Ｐによって生じる冷却面への伝熱量を冷却面において流体に熱移動させる必要がある。冷却面への伝熱量は発熱量Ｐに比例するので、温度ＴＡの流体への熱移動は、検出素子２０の冷却に必要な冷却量Ｗを用いて次式で表現できる。
【0054】
Ｐ∝Ｗ・（ＴＣ－ＴＡ） …（式５）
また時刻ｔ１１１以降では発熱量ＰはＰ１１２で一定であり、流体の温度ＴＡは一定であるので、（式５）から必要な冷却量Ｗは次式に示すＴＣの関数として表現できる。
また時刻ｔ１１１以降では発熱量ＰはＰ１１２で一定であり、流体の温度ＴＡは一定であるので、（式５）から必要な冷却量Ｗは次式に示すＴＣの関数として表現できる。
【0055】
Ｗ∝Ｐ／（ＴＣ－ＴＡ） …（式６）
（式６）から求められる冷却量Ｗを図１１（ｄ）に示す。冷却量Ｗは時刻ｔ１１１直後ではＴＣ－ＴＡが小さいため、時刻ｔ１１１から十分に時間が経過したときの冷却量Ｗ１１２よりも大きな値Ｗ１１３となる。すなわち、発熱量Ｐが増加した直後では、冷却量Ｗをオーバーシュートさせることが望ましい。そして冷却量Ｗをオーバーシュートさせた後は、（式４）中の時定数に基づいて冷却量Ｗ１１２に漸近させることが望ましい。
（式６）から求められる冷却量Ｗを図１１（ｄ）に示す。冷却量Ｗは時刻ｔ１１１直後ではＴＣ－ＴＡが小さいため、時刻ｔ１１１から十分に時間が経過したときの冷却量Ｗ１１２よりも大きな値Ｗ１１３となる。すなわち、発熱量Ｐが増加した直後では、冷却量Ｗをオーバーシュートさせることが望ましい。そして冷却量Ｗをオーバーシュートさせた後は、（式４）中の時定数に基づいて冷却量Ｗ１１２に漸近させることが望ましい。
【0056】
以上説明した冷却量の制御により、Ｘ線検出器２に入射する線量が急激に変化した場合であってもトランジスタ接合部の温度変動幅を抑制することができる。
【0057】
図１２を用いて、Ｘ線検出器２内の空気、すなわち冷却に用いられる流体の温度ＴＡが変化したときの冷却量の制御について説明する。Ｘ線ＣＴ装置のスキャナ内には、Ｘ線検出器２以外にもＸ線源１等の発熱源があるため、Ｘ線検出器２内の空気温度が変化する。（式６）において、ＴＣを冷却量の制御により達成する目標温度制御範囲の中心温度ＴＣＥＮに置き換えると中心温度ＴＣＥＮは一定であるので、発熱量Ｐが一定とすると、冷却量ＷはＸ線検出器２の空気温度ＴＡの関数となる。図１２（ａ）に、光子計数率Ｒが一定、すなわち発熱量Ｐが一定である場合のＸ線検出器２内の空気温度ＴＡと冷却量Ｗとの関係を示す。図１２（ａ）に示されるように、中心温度ＴＣＥＮを満たすには空気温度ＴＡの上昇に応じて冷却量Ｗを増加させればよい。
【0058】
また冷却ファンの回転数Ｑが（式６）の冷却量Ｗの１．２乗～２乗に比例するように制御される場合、回転数Ｑは次式により表現される。なお発熱量Ｐは光子計数率Ｒに比例する。
【0059】
Ｑ∝｛Ｒ／（ＴＣＥＮ－ＴＡ）｝１．２～｛Ｒ／（ＴＣＥＮ－ＴＡ）｝２ …（式７）
図１２（ｂ）に、光子計数率ＲとＸ線検出器２内の空気温度ＴＡの変化に応じて制御される冷却ファンの回転数Ｑを示す。図１２（ａ）に示されるように、中心温度ＴＣＥＮを満たすには、光子計数率Ｒと空気温度ＴＡの上昇に応じて回転数Ｑを増加させればよい。
図１２（ｂ）に、光子計数率ＲとＸ線検出器２内の空気温度ＴＡの変化に応じて制御される冷却ファンの回転数Ｑを示す。図１２（ａ）に示されるように、中心温度ＴＣＥＮを満たすには、光子計数率Ｒと空気温度ＴＡの上昇に応じて回転数Ｑを増加させればよい。
【0060】
図１３を用いて、Ｘ線検出器２を冷却する冷却部である冷却ファン８と冷却ファン制御部９の具体的な構成について説明する。Ｘ線検出器２には複数、例えば数十個の検出素子２０がチャネル方向、すなわちスキャナの回転方向に沿って円弧状に配列される。なお図１３では便宜上、水平方向に直線状に配列された１６個の検出素子２０を示す。
【0061】
Ｘ線検出器２の検出素子２０を空冷するために複数の冷却ファン８が配置される。検出素子２０の寸法は数ｃｍであるのに対し冷却ファン８の寸法は数１０ｃｍであるので、複数の検出素子２０に対して１個の冷却ファン８が配置される。各冷却ファン８は冷却ファン制御部９が有する各サブ制御部により個別に制御される。各サブ制御部は、検出素子２０の計数回路２２から取得される光子計数率に応じて、冷却ファン８の回転数を算出し、冷却ファン８を制御する。冷却ファン８の回転数の算出には、（式２）、（式３）や図１０に例示されるテーブル等が用いられる。なお冷却ファン８の代わりに、水冷パイプが用いられる場合は水冷パイプ内を流れる水の流速が制御され、ペルチェ素子が用いられる場合はペルチェ素子に入力される電気信号が制御される。
【0062】
１個の冷却ファン８が冷却する検出素子２０の数は図１３に例示される４個に限られず、適宜変更される。また検出素子２０が配列される位置に応じて、１個の冷却ファン８が冷却する検出素子２０の数が変更されても良い。例えば検出素子２０の配列の中央部では端部よりも高精度な計測が要求されるため、中央部では端部よりも１個の冷却ファン８が冷却する検出素子２０の数を減らし、より細やかな冷却量の制御を可能にしても良い。
【0063】
図１４を用いて、１個の冷却ファン８で複数の検出素子２０を冷却するときの冷却量の制御について説明する。図１４（ａ）に、検出素子２０の配列のチャネル方向における光子計数率Ｒと、光子計数率Ｒに基づいて求められる冷却量Ｗとを、被写体が無い場合について示す。Ｘ線ＣＴ装置で取得される光子計数率Ｒは、被写体が無い場合にはチャネル中央部で高くチャネル端部で低い。図１４（ａ）では、検出素子２０の配列は冷却ファンＡ～Ｄによって冷却され、チャネル方向に４分割された各領域を冷却ファンＡ～Ｄのそれぞれが担当する。
【0064】
各担当領域に含まれる複数の検出素子２０の光子計数率はそれぞれ異なる値であるのに対し、各担当領域の冷却量は１個の冷却ファンの回転数によって制御される。そこで、担当領域の光子計数率Ｒの平均値、あるいは担当領域の光子計数率Ｒの最大値と最小値との中心値を用いて冷却ファンの回転数を制御することが好ましい。平均値を用いる場合は、光子計数率Ｒから冷却ファンの回転数を算出する演算が簡略化できる。また、最大値と最小値との中心値を用いる場合は、担当領域内のトランジスタ接合部温度の変動幅の中心値を、目標値に対して高精度に制御できる。
【0065】
図１４（ｂ）に、冷却量の制御の有無によるトランジスタ接合部温度ＴＪの分布の差異を示す。図１４（ａ）に示すように、冷却ファンＢと冷却ファンＣの担当領域であるチャネル中央部では、高い光子計数率Ｒに応じて大きな冷却量Ｗが設定される。また冷却ファンＡと冷却ファンＤの担当領域であるチャネル端部では低い光子計数率Ｒに応じて小さな冷却量Ｗが設定される。このような冷却量Ｗの制御により、トランジスタ接合部温度ＴＪの分布の幅は図１４（ｂ）に示すように抑制される。
【0066】
図１５を用いて、被写体が有る場合に、１個の冷却ファン８で複数の検出素子２０を冷却するときの冷却量の制御について説明する。図１５（ａ）に、図１４（ａ）と同様に、チャネル方向における光子計数率Ｒと、光子計数率Ｒに基づいて求められる冷却量Ｗとを、被写体が有る場合について示す。被写体が有る場合にはＸ線が被写体で減弱するので、光子計数率Ｒはチャネル中央部のほうがチャネル端部よりも低くなる。冷却ファンＡ～Ｄが各担当領域の検出素子２０を冷却することと、担当領域の光子計数率Ｒの平均値あるいは最大値と最小値との中心値を用いて冷却ファンの回転数を制御することは、被写体が無い場合と同様である。
【0067】
図１５（ｂ）に、冷却量の制御の有無によるトランジスタ接合部温度ＴＪの分布の差異を示す。各担当領域の光子計数率Ｒに応じて冷却ファンＡ～Ｄによる冷却量を制御することにより、トランジスタ接合部温度ＴＪの分布の幅は被写体が有る場合も図１４（ｂ）と同様に抑制される。このような冷却量Ｗの制御により、被写体が配置される領域、つまりＸ線の減弱が大きくノイズの低減が要求される領域を担当する冷却ファンは回転数が小さくなる。冷却ファンの回転数の低下は、電気ノイズを減少させて画質の向上に寄与するとともに、騒音を抑制させて撮影中の被写体の環境を改善する。
【0068】
図１６を用いて、検出素子２０間の温度差によって生じる光子計数部３０の回路特性の変化量、すなわち電圧パルスの波高値とパルス幅に係る計測誤差等の変化量の影響を軽減する補正処理について説明する。図１６（ａ）に、図１４（ａ）と同様に、検出素子２０の配列のチャネル方向における光子計数率Ｒと、光子計数率Ｒに基づいて求められる冷却量Ｗとを、被写体が無い場合について示す。冷却ファンＡ～Ｄの各担当領域に含まれる複数の検出素子２０の光子計数率Ｒはそれぞれ異なる値であるのに対し、各担当領域の冷却量は担当領域の光子計数率Ｒの最大値ＲＭＡＸと最小値ＲＭＩＮとの中心値ＲＣＥＮ（＝（ＲＭＡＸ＋ＲＭＩＮ）／２）を用いて制御される。その結果、図１６（ｂ）に示されるように、トランジスタ接合部温度ＴＪの分布の幅は抑制される。ここで中心温度ＴＣＥＮに対する温度偏差ＴＤＥＶ（＝ＴＪ―ＴＣＥＮ）は、中心値ＲＣＥＮに対する光子計数率Ｒの偏差に比例し、次式で表現される。
【0069】
ＴＤＥＶ ∝（Ｒ－ＲＣＥＮ）…（式８）
（式８）の温度偏差ＴＤＥＶによる光子計数部３０の回路特性の変化量ΔＳは、図６のΔＳ６１～ΔＳ６２の範囲におさまる。図６のΔＳ６１～ΔＳ６２の範囲ではΔＳが線形に変化するので、温度偏差ＴＤＥＶに基づく線形補間によりΔＳを十分な精度で補正できる。検出素子２０間の温度差によって生じる光子計数部３０の回路特性の変化量ΔＳを補正する補正処理の具体的な手順について以下説明する。なお補正処理は信号処理部３等によって実行される。
（式８）の温度偏差ＴＤＥＶによる光子計数部３０の回路特性の変化量ΔＳは、図６のΔＳ６１～ΔＳ６２の範囲におさまる。図６のΔＳ６１～ΔＳ６２の範囲ではΔＳが線形に変化するので、温度偏差ＴＤＥＶに基づく線形補間によりΔＳを十分な精度で補正できる。検出素子２０間の温度差によって生じる光子計数部３０の回路特性の変化量ΔＳを補正する補正処理の具体的な手順について以下説明する。なお補正処理は信号処理部３等によって実行される。
【0070】
まず光子計数率Ｒと中心値ＲＣＥＮの偏差から温度偏差ＴＤＥＶが計算される。次に温度偏差ＴＤＥＶに応じて回路特性の変化量ΔＳを補正する係数である補正係数Ｃが、図１６（ｃ）に例示されるテーブルから読み出される。なお補正係数Ｃは、（式１）の不感時間τの温度依存性を打ち消す無次元係数である。例えば図３（ｃ）において、Ｔ３＝ＴＣＥＮ、Ｔ４＝ＴＣＥＮ＋ＴＤＥＶである場合、光子計数率ＲＯＵＴＡから算出される入射光子率ＲＩＮ（Ｔ３）をＲＩＮ（Ｔ４）に補正するための係数が補正係数Ｃである。図１６（ｃ）のテーブルは、光子計数率ＲとＲＣＥＮの偏差、温度偏差ＴＤＥＶ、補正係数Ｃの関係をまとめたものであり、シミュレーションや実測等により予め求められて記憶装置等に格納される。なお補正係数Ｃは低次の近似式により必要に応じて計算されてもよい。さらに、補正の精度をより高めるために、中心温度ＴＣＥＮに応じて、複数のテーブルを使い分けても良い。最後に補正係数Ｃが例えば光子計数率Ｒに乗じられることにより、補正処理が完了する。
【0071】
このような補正処理により、検出素子２０間の温度差によって生じる光子計数部３０の回路特性の変化量を簡便に補正することができる。また検出素子２０内の画素間の光子計数率の差異により画素間に温度差が生じる場合があるので、画素間において光子計数部３０の回路特性の変化量を補正しても良い。なお画素間の補正処理では、Ｘ線検出器２のチャネル方向の温度分布だけでなく、スキャナの回転軸方向の温度分布を含めて補正処理を実施することが好ましい。
【0072】
図１７を用いて、図１６を用いて説明した補正処理の効果について説明する。図１７は、検出素子２０の配列のチャネル方向における回路特性の変化量ΔＳによる光子計数率の計測誤差の分布であり、被写体が無い場合について、補正処理の有無を対比したグラフである。点線で示される補正処理が無い場合に対して、実線で示される補正処理が有る場合では回路特性の変化量ΔＳによる光子計数率の計測誤差が抑制される。
【0073】
＜第二実施形態＞
第一実施形態では、Ｘ線検出器２が有する検出素子２０の全てに対して冷却量の制御を実施することについて説明した。本実施形態では、冷却量が制御される検出素子２０を一部に限定することについて説明する。なお本実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については説明を省略する。
第一実施形態では、Ｘ線検出器２が有する検出素子２０の全てに対して冷却量の制御を実施することについて説明した。本実施形態では、冷却量が制御される検出素子２０を一部に限定することについて説明する。なお本実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については説明を省略する。
【0074】
図１８を用いて本実施形態のＸ線ＣＴ装置について説明する。第一実施形態と同様に、Ｘ線検出器２の検出素子２０はＸ線源１を中心とする円弧状に配列される。検出素子２０の配列の中央部では、被写体７を透過したＸ線が検出されるため高精度な計測が要求される。一方、検出素子２０の配列の端部では、被写体７を透過しないＸ線が検出されるため高精度な計測は不要である。そこで本実施形態では、被写体７を透過したＸ線を検出する中央部を冷却する冷却ファン８ａを光子計数率に応じて冷却量を制御する対象とする。
【0075】
本実施形態によれば、検出素子２０の配列の端部を冷却する冷却ファン８の冷却量の制御が不要となるので、Ｘ線ＣＴ装置の構成や、冷却量の制御に係る演算処理を簡略化できる。なお、冷却ファン制御部９が全ての冷却ファン８を制御可能に構成し、被写体７の大きさや配置に応じて、冷却量が制御される冷却ファン８が適宜切り替えられるようにしても良い。
【0076】
＜第三実施形態＞
第一実施形態では、被写体を模擬したファントムを予め撮影して取得した光子のエネルギースペクトルに基づいて、ある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定することについて説明した。被写体を透過したＸ線のエネルギースペクトルは被写体によって異なるので、ファントムの撮影によって取得したエネルギースペクトルでは推定精度が不十分である場合がある。そこで本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置での本撮影に先立って被写体毎に撮影されるスキャノグラムを用いて、被写体毎のエネルギースペクトルを取得することについて説明する。なおスキャノグラムとは、本撮影の撮影範囲を設定するとき等に使用される透視画像である。本実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については説明を省略する。
第一実施形態では、被写体を模擬したファントムを予め撮影して取得した光子のエネルギースペクトルに基づいて、ある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を推定することについて説明した。被写体を透過したＸ線のエネルギースペクトルは被写体によって異なるので、ファントムの撮影によって取得したエネルギースペクトルでは推定精度が不十分である場合がある。そこで本実施形態では、Ｘ線ＣＴ装置での本撮影に先立って被写体毎に撮影されるスキャノグラムを用いて、被写体毎のエネルギースペクトルを取得することについて説明する。なおスキャノグラムとは、本撮影の撮影範囲を設定するとき等に使用される透視画像である。本実施形態には、第一実施形態で説明した構成や機能の一部を適用できるので、同様の構成、機能については説明を省略する。
【0077】
図１９を用いて、スキャノグラムから推測される被写体の組成について説明する。図１９（ａ）に被写体のスキャノグラムと冷却ファンＡ～Ｄの担当領域の位置関係を示す。冷却ファンＡ～Ｄは、図１５及び図１６と同様に、スキャナの回転方向であるＸ線検出器２のチャネル方向に４分割された各担当領域を冷却する。図１９（ａ）の例では、被写体の頭部、胸部・腹部、脚部は冷却ファンＢと冷却ファンＣの担当領域にあり、両腕は冷却ファンＡと冷却ファンＤの担当領域にある。
【0078】
Ｘ線検出器２が光子計数型である場合には、被写体のスキャノグラムから被写体の組成を画素毎に取得できるので、冷却ファンＡ～Ｄの各担当領域における被写体の平均組成をスキャノグラムの撮影位置毎に求められる。図１９（ｂ）に冷却ファンＡ、Ｄの担当領域内の平均組成の分布を例示し、図１９（ｃ）に冷却ファンＢ、Ｃの担当領域内の平均組成の分布を例示する。なお撮影位置Ｚ１９１は頭部の先端、撮影位置Ｚ１９２は頭部と胸部との境界、撮影位置Ｚ１９３は腹部と脚部との境界、撮影位置Ｚ１９４は脚部の先端に相当する。また図１９（ｂ）と図１９（ｃ）に例示する脂肪と骨に限らず、筋肉や水等の平均組成を求めても良い。
【0079】
被写体を透過したＸ線のエネルギースペクトルは被写体の組成に応じて決まるので、図１９（ｂ）や図１９（ｃ）に示されるような平均組成の分布から被写体毎のエネルギースペクトルが求められる。すなわち、被写体毎に撮影されるスキャノグラムを用いることにより、被写体毎のエネルギースペクトルが求められるので、ある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を高精度に推定できる。
【0080】
以上述べたように本実施例によれば、被写体毎に撮影されるスキャノグラムから被写体の組成の分布が求められ、求められた組成の分布を用いてエネルギースペクトルが取得されるので、被写体に応じたエネルギースペクトルを取得できる。また取得されたエネルギースペクトルを用いることにより、ある光子エネルギーレベルの光子数から他の光子エネルギーレベルの光子数を高精度に推定できるので、冷却量を高精度に制御することができる。
【0081】
以上、本発明の放射線撮像装置について複数の実施形態を説明した。本発明の放射線撮像装置は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせても良い。さらに、上記実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除しても良い。また上記実施形態では、冷却量の制御をＬＳＩ等に実装されるハードウェアで実現することについて説明したが、信号処理部３等で実行されるソフトウェアで実現されても良い。
【符号の説明】
【0082】
１：Ｘ線源、２：Ｘ線検出器、３：信号処理部、４：画像生成部、５：回転板、６：寝台、７：被写体、８：冷却ファン、９：冷却ファン制御部、２０：検出素子、２１：半導体層、２２：計数回路、３０：光子計数部、３１：出力部、３２：チャージアンプ、３３：バンドパスフィルタ、３４：電圧比較器、３５：カウンタ、３６：電圧比較器、３７：カウンタ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】